大亞灣核電站蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)分析

陳 罡

(大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司生產(chǎn)部 廣東 深圳 518124)

1 蒸汽發(fā)生器水位的調(diào)節(jié)原理

蒸汽發(fā)生器水位需維持在需求的整定值上。

水位不能過高，否則將造成出口蒸汽含水量超標(biāo)，加劇汽輪機(jī)的沖蝕現(xiàn)象，影響機(jī)組的壽命甚至使機(jī)組損壞。而且，水位過高還會(huì)使得蒸汽發(fā)生器內(nèi)水的質(zhì)量裝量增加， 在蒸汽管道破裂的事故工況下，對堆芯產(chǎn)生過大的冷卻而導(dǎo)致反應(yīng)性事故的發(fā)生。

水位也不能過低，否則，將會(huì)導(dǎo)致U 型管頂部裸露，甚至可能導(dǎo)致給水管線出現(xiàn)水錘現(xiàn)象。 這樣，堆芯余熱的導(dǎo)出功能將惡化。

對于每臺蒸汽發(fā)生器而言，其水位的調(diào)節(jié)是通過控制進(jìn)入該蒸汽發(fā)生器的給水流量來完成的。每臺蒸汽發(fā)生器的正常給水回路設(shè)置有兩條并列的管線：主管線上的主給水調(diào)節(jié)閥用于高負(fù)荷運(yùn)行工況下的水位調(diào)節(jié)，旁路管線上的旁路調(diào)節(jié)閥則是應(yīng)用于低負(fù)荷及啟、停階段的運(yùn)行工況，其調(diào)節(jié)原理如圖1 所示。

1.1 主給水調(diào)節(jié)回路

主給水調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)包括一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)通道和一個(gè)開環(huán)調(diào)節(jié)通道。

1.1.1 水位整定值

蒸汽發(fā)生器水位定值隨負(fù)荷而變，負(fù)荷是指蒸汽發(fā)生器總的蒸汽負(fù)荷，它包括三部分：

1）以汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽壓力為代表的汽輪機(jī)進(jìn)汽流量；

2）ADG 調(diào)節(jié)信號代表的進(jìn)入ADG 的新蒸汽流量；

3）GCT-C 的調(diào)節(jié)信號代表的排往冷凝器的新蒸汽流量。

在20%負(fù)荷以下，水位定值隨負(fù)荷增加而提高。 這是因?yàn)樵谪?fù)荷減小時(shí)，由于蒸汽發(fā)生器中汽泡數(shù)目減少，使蒸汽發(fā)生器中水的密度增加（降低比容），為了使水位不下降到低水位保護(hù)動(dòng)作，水位隨負(fù)荷增加而線性增加。 在20%-100%負(fù)荷時(shí)，水位定值維持在50%水位不變。

圖1 蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)原理圖

1.1.2 開環(huán)調(diào)節(jié)通道

在開環(huán)調(diào)節(jié)回路中，實(shí)測給水流量與經(jīng)過校正后的蒸汽流量相比較，給出汽水失配信號。 該信號與水位調(diào)節(jié)器輸出信號在加法器中求和后，被傳送到流量調(diào)節(jié)器中。 采用汽水失配信號反映水位變化的趨勢比水位誤差信號靈敏，是一種前饋。 它的引入增加了給水流量調(diào)節(jié)的速度。

閉環(huán)通道的水位調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的給水流量信號與開環(huán)通道產(chǎn)生的汽/水失配信號疊加后作為流量調(diào)節(jié)器的輸入信號， 后者輸出對應(yīng)的主給水調(diào)節(jié)閥的開度信號， 經(jīng)一手/自動(dòng)控制器產(chǎn)生出相應(yīng)的閥門開度模擬信號，控制調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用以調(diào)節(jié)閥門的開度，從而改變給水流量以控制蒸汽發(fā)生器的水位。

1.2 旁路調(diào)節(jié)回路

每個(gè)主給水調(diào)節(jié)閥都有一根旁路管線。 在低負(fù)荷時(shí)，測量流量的節(jié)流裝置兩端壓差太小，使得流量測量不精確，信噪比也變得較差。此外，在低負(fù)荷時(shí)，如果采用主給水閥，它在比較小的開度下頻繁運(yùn)行會(huì)引起閥座過度磨損，且在較小開度下其調(diào)節(jié)性能很差。 因此在負(fù)荷低于18.5%Pn 時(shí)，主給水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，只使用旁路給水調(diào)節(jié)閥。

2 瞬態(tài)過程中的蒸汽發(fā)生器水位控制策略

2.1 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，SG 水位的控制

當(dāng)堆功率在12-20%FP 范圍時(shí)，SG 水位參考值與負(fù)荷的關(guān)系是非線性的，負(fù)荷、蒸汽流量的變化均會(huì)造成SG 水位大波動(dòng)，尤其是在大小閥切換時(shí)。 因此：

2.1.1 大小閥切換時(shí)， 應(yīng)注意： 最好只保持一臺給水泵運(yùn)行，APP 或APA。APA 泵較APP 泵好，因?yàn)锳PA 泵不像APP 泵那樣為調(diào)△P 使得用汽量變化，影響SG 水位控制。另外，水位控制應(yīng)保持在自動(dòng)狀態(tài)（必要時(shí)手動(dòng)干預(yù)）。

2.1.2 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)最好在堆功率為11-12%FP 時(shí)完成，因?yàn)槎压β试?2-20%FP 之間，SG 水位參考值與堆功率為非線性，如果在此范圍機(jī)組并網(wǎng)，由于并網(wǎng)后立即帶負(fù)荷，SG 水位波動(dòng)很大。

2.2 停機(jī)過程中SG 的水位調(diào)節(jié)

2.2.1 100%→20%Pn 時(shí)，密切監(jiān)視SG 水位，波動(dòng)異常時(shí)暫停降負(fù)荷，先進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，待恢復(fù)正常后再繼續(xù)降負(fù)荷。

2.2.2 在20%Pn 時(shí)，將GCT-c 由T 模式切至P 模式前需確保GCT-c全關(guān)，否則造成SG 水位波動(dòng)，在18%→10%Pn 過程中，觀察給水主/旁路閥能否順利切換，當(dāng)主給水調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，可將其手動(dòng)置0%開度，并觀察SG 水位變化趨勢，以判斷主給水調(diào)節(jié)閥是否內(nèi)漏。

2.2.3 核功率≤2%Pn 后，盡可能晚些切到ASG+GCT-a 運(yùn)行模式，因?yàn)锳RE 給水溫度較ASG001BA 的水溫高許多， 有利于SG 的水位調(diào)節(jié)。

2.3 變工況下SG 的水位調(diào)節(jié)

對大亞灣核電站而言， 機(jī)組正常升降負(fù)荷時(shí)， SG 水位自動(dòng)調(diào)節(jié)性能整體上是滿意的。下面只重點(diǎn)介紹給水泵轉(zhuǎn)速快速下降到基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，給水調(diào)節(jié)閥針型閥漏氣或其過濾器堵塞，及高（低）負(fù)荷時(shí)ARE 主（旁路）給水調(diào)節(jié)閥故障卡開等異常工況下的SG 水位調(diào)節(jié)。

2.3.1 機(jī)組為高負(fù)荷時(shí)（>76%Pn）若一臺APP 泵轉(zhuǎn)速下降到基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，雖然另一臺APP 泵可以自動(dòng)地增大轉(zhuǎn)速承擔(dān)負(fù)荷，但不足以提供足夠的給水以維持高負(fù)荷下的SG 水位，并且此故障又不能觸發(fā)APA泵自啟動(dòng)。

發(fā)生此類故障，一般可采納以下兩種手動(dòng)干預(yù)途徑：

1）手動(dòng)跳閘故障的APP 泵使APA 泵自啟動(dòng)，若APA 泵自啟動(dòng)不成功，再嘗試手動(dòng)啟動(dòng)APA 時(shí)可能來不及，十有八九發(fā)生停堆。

2）手動(dòng)啟動(dòng)APA 泵，并讓其迅速帶負(fù)荷，（但APA 馬達(dá)有過電流的風(fēng)險(xiǎn)），當(dāng)SG 水位返回正常后，再將APA 投自動(dòng)。

2.3.2 給水調(diào)節(jié)閥的針型閥漏氣或其過濾器堵塞

通常此故障只會(huì)引起該調(diào)節(jié)閥緩慢關(guān)閉直至全關(guān)，對于機(jī)組在高低負(fù)荷時(shí)所引發(fā)的結(jié)果及干預(yù)措施有所不同。

1）高負(fù)荷工況

若主給水的調(diào)節(jié)閥卡澀在比需求開度小的位置， 可采取改變水/汽壓差△p 整定值來控制SG 水位，也可以適當(dāng)?shù)亟档鸵恍┴?fù)荷，直至汽、水流量平衡；若針型閥漏氣或過濾器堵塞，當(dāng)不改變△P 整定值時(shí)，給水流量逐漸減少，這時(shí)可以提高水/汽壓差△P 整定值而增大給水流量，若維持不了，可嘗試手動(dòng)調(diào)大故障SG 的主給水調(diào)節(jié)閥的設(shè)定開度，直到95%以上，若還無法使該SG 水位回升，則趕緊在上位機(jī)快速降些負(fù)荷直到足可以維持該SG 水位為止。

2）低負(fù)荷工況（主給水回路未開啟）

在確認(rèn)是旁路給水調(diào)節(jié)閥的針型閥漏氣或過濾器堵塞造成該調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小時(shí)，可先提高△P 整定值，并監(jiān)視另兩臺SG 水位變化趨勢，若不行則可考慮打開該SG 主給水隔離閥，并手動(dòng)調(diào)主給水調(diào)節(jié)閥開度，以維持該SG 水位。 當(dāng)然也可以考慮將機(jī)組帶至熱備用，選擇ASG+GCT-a 模式，待故障處理好后，再提升核功率。

2.3.3 高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，主給水調(diào)節(jié)閥故障開啟

當(dāng)準(zhǔn)確判斷某蒸汽發(fā)生器的主給水調(diào)節(jié)閥故障開啟，則立即采取以下干預(yù)措施：

1）手動(dòng)關(guān)小故障SG 的旁路調(diào)節(jié)閥，直致該SG 的汽、水流量平衡、水位不再上升。

2）若全關(guān)旁路調(diào)節(jié)閥后，故障SG 水位仍上升，則應(yīng)降低汽水壓差△p 整定值，以求故障SG 汽、水流量平衡（過程中不得使另兩臺SG 主給水調(diào)節(jié)閥指示開度達(dá)100%），待水位回落正常后，可再調(diào)△P。